CN105889642A - 管道智能减振器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供管道智能减振器，包括管箍、托架、中间框架结构、下层橡胶减振器，所述管箍为两个半圆型管箍围在一起组成的圆环结构，管道从圆环结构内部通过，圆环结构与管道之间安装橡胶阻尼圈，管箍固定在托架上，托架固定在中间框架结构上，中间框架结构与基础结构之间安装下层橡胶减振器，中间框架结构里设置功率放大模块，功率放大模块的两侧分别设置与其相连的惯性式电磁作动模块，中间框架结构的顶板上设置加速度传感器，加速度传感器连接功率放大模块。本发明主要针对船舶上普遍存在的管路系统振动进行隔离，可以有效地控制管路系统宽频带的振动向船体结构的传递。

Description

管道智能减振器

技术领域

本发明涉及的是一种减振装置，具体地说是管道减振装置。

背景技术

管路系统在各种工业领域中都有非常重要的应用，尤其是在船舶工业领域，管路系统(如生活用水管路及冷却用水管路)普遍存在于各类船舶上，发挥着重要的作用。但管路的振动噪声一直没有得到很好地控制，强烈的管道振动不仅会使管路附件特别是管道的连接部件发生松动，还会向舱内辐射噪声，同时通过管道支撑激励船体结构向舱内和水下辐射噪声。对管路系统的振动控制目前还是以被动控制技术为主，如采用隔振(如管夹或弹性马脚支撑)、动力吸振器及在管道表面敷设阻尼材料等等。

申请号为201110031028.8的专利公开了一种降低管道振动的调谐质量阻尼器结构，实际上是一种动力吸振器，但由于采用周向均匀布置的弹簧和环状质量，所以可以对多个方向的振动起作用。但其缺点是只对吸振器共振频率的振动起控制作用，而且实施时很难调节需要的共振频率，当管道振动频率发生变化时也没有效果。

申请号为201110054805.0的专利公开一种针对管道减振降噪的周期性阻尼结构，在管道外侧按一定的间隔粘附多个阻尼片，通过设计可以得到某些频率无法传递的周期性带隙。但缺点也是只对某些频带起作用。

申请号为200820156003.4的专利公开了一种管道管夹隔振器，其中在管道与上、下金属板之间设置橡胶件作为隔振垫，利用橡胶件的阻尼隔振作用，阻隔管道的振动传播。申请号为201210378946.2的专利则公开了一种设备层管道隔振结构，采用双层隔振结构，提高了隔振效率。但这种被动式的隔振结构只能对中高频的振动进行有效隔离，对于管道的低频振动无法取得理想的控制效果，且不能适应泵的运行工况变化引起的管道振动频率的变化。

发明内容

本发明的目的在于提供能够有效地控制管路系统传递到基础结构上振动的管道智能减振器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明管道智能减振器，其特征是：包括管箍、托架、中间框架结构、下层橡胶减振器，所述管箍为两个半圆型管箍围在一起组成的圆环结构，管道从圆环结构内部通过，圆环结构与管道之间安装橡胶阻尼圈，管箍固定在托架上，托架固定在中间框架结构上，中间框架结构与基础结构之间安装下层橡胶减振器，中间框架结构里设置功率放大模块，功率放大模块的两侧分别设置与其相连的惯性式电磁作动模块，中间框架结构的顶板上设置加速度传感器，加速度传感器连接功率放大模块。

本发明还可以包括：

1、中间框架结构的外部安装罩壳。

本发明的优势在于：

1、本发明基于管道被动双层管夹结构，相对于单层被动管卡更具优势。当管路系统振动时，中间质量能消耗掉一部分来自管道传来的激振力，因此双层的管卡结构比单层管卡有更好的被动隔振效果。

2、双层管卡结构的中间质量用来安装振动主动控制单元的传感器、执行机构和功放模块，由于中间质量上下均有橡胶减振器，因此阻抗较小，所以需要的主动控制力较小，能耗少；

3、为了保证主动隔振功能的实现，本发明采用两个惯性式电磁作动模块作为主动控制机构；

4、针对惯性式电磁作动模块，本发明设计在其导向轴和动子之间加装滚珠轴承进一步提高电磁作动模块的稳定性，降低其失真度；

5、本发明将两个惯性式电磁作动模块在中间框架结构内部左右对称布置，通过调节不同的电磁作动模块的出力大小，可以同时控制管路振动传递到中间质量的垂向振动和水平振动；

6、本发明不但将主被动隔振装置有机合理地结合在一起，而且将功率放大模块和加速度传感器集成到整体的隔振装置中，有效地利用了空间，具有尺寸小、安装和使用方便的特点；

7、本发明由被动的橡胶减振器承担管道的静载，且保证了惯性式电磁作动模块的工作空间，所以即使在主动隔振完全失效的情况下，系统的被动隔振部分仍能起到隔振的作用，其可靠性和安全性要高于完全的主动隔振。

本发明主要针对船舶上普遍存在的管路系统振动进行隔离，可以有效地控制管路系统宽频带的振动向船体结构的传递。

附图说明

图1为本发明的爆炸图；

图2a为本发明未设置罩壳的示意图，图2b为本发明设置罩壳的示意图；

图3为本发明的侧视图；

图4为本发明在管路系统中的安装示意图；

图5为本发明应用于管路系统振动控制实例的主动隔振效果(1号测点)；

图6为本发明应用于管路系统振动控制实例的主动隔振效果(2号测点)。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-6，本发明主要包括：橡胶阻尼圈1、两个半圆型管箍2、托架3、中间框架结构4、两个惯性式电磁作动模块5、功率放大模块6、加速度传感器7、两个下层橡胶减振器8、罩壳9。橡胶阻尼圈1通过管箍2和托架3之间螺栓连接的预紧力将其压紧在管道和管箍2之间，管箍2和托架3通过螺栓连接，托架3与中间框架结构4通过螺栓连接，中间框架结构4与两个下层橡胶减振器8通过螺栓连接，两个下层橡胶减振器8与基础结构通过螺栓连接，这样构成被动的双层管夹结构。橡胶阻尼圈1为第一层被动减振，管箍2、托架3、中间框架结构4以及安装在其内部的加速度传感器7、两个惯性式电磁作动模块5和功率放大模块6为中间质量，两个下层橡胶减振器8为第二层被动减振。两台四轴惯性式电磁激振模块5作为主动执行机构对称布置在中间框架结构4内部的左右两侧，功率放大模块6和加速度传感器7内置于中间框架结构4的内部空腔内，加速度传感器7用于测量中间框架结构4的振动加速度即中间质量的振动响应，作为主动控制单元的误差信号，罩壳9安装在中间框架结构4表面，为中间框架结构4内的两台四轴惯性式电磁激振模块5、功率放大器6以及加速度传感器7提供保护，还能起到电磁屏蔽的作用。

本发明采用双层隔振设计，两个轴对称布置的惯性式电磁作动模块5作为主动隔振的执行机构，产生的控制力直接作用在中间质量上。由于中间质量的阻抗相对比较小，所以需要的控制力也相对较小，同时双层隔振能提供比单层隔振更优的隔振效果，主被动控制的结合能大幅度提高隔振的效率。隔振对象的载荷完全由被动的橡胶隔振器以及中间质量来承担，不仅保证了两个惯性式电磁作动模块5的工作空间，而且在主动隔振部分失效时仍能发挥被动隔振的功能。

本发明应用于管路振动控制的安装示意图如图4所示，在管路系统中两个位置布置了管道智能减振器，将集成布置在中间质量上的加速度传感器的加速度响应作为误差信号用于振动主动控制，同时用来评价管道振动的传递。管路系统振动主动控制的流程如下：泵的转速信号或者泵体的振动加速度信号作为参考信号经采样进入主动控制器，主动控制器通常为基于DSP的高速信号处理系统，并与控制滤波器卷积后生成两个输出控制信号，两个输出信号分别驱动两个管道智能减振器。智能减振器内的惯性作动模块产生主动控制力作用在中间质量上，产生与管道振动传递至中间质量的大小相等、方向相反的振动。集成布置在两个智能减振器中间质量上的加速度传感器测得中间质量的加速度响应反馈输入给主动控制器，按一定的优化控制算法调整主动控制器的控制滤波器权系数。控制算法以使中间质量振动响应的均方值最小为性能函数，当主动控制系统收敛后，将使中间质量的振动响应最小，从而实现对管道振动向基础传递的有效控制。

本发明应用于管路振动控制实例的主动隔振效果如图5和6所示。此时泵的流量为95.2吨/小时，两个智能减振器工作前后，1号测点的振动加速度响应频谱如图5所示，2号测点的振动加速度响应频谱如图6所示。控制效果如下：如图所示，当管道智能减振器工作时，可以使1号测点的两根突出线谱在被动减振的基础上分别下降11.2dB49.5Hz和16.9dB123.5Hz，5Hz-315Hz的频率范围内总振级再衰减5.3dB；2号测点的两根突出线谱在被动减振的基础上分别下降6.5dB49.5Hz和18.4dB123.5Hz，5Hz-315Hz的频率范围内总振级再衰减4.2dB。

本发明提供的管道智能减振器包括：橡胶阻尼圈、两个半圆型管箍、托架、中间框架结构、两个惯性式电磁作动模块、功率放大模块、加速度传感器、两个橡胶减振器、罩壳，橡胶阻尼圈利用管箍和托架之间的螺栓连接产生的预紧力将其压紧在管道和管箍之间，两个半圆型管箍、托架以及中间框架结构包括安装其内的振动主动控制单元通过螺栓连接作为中间质量，两个橡胶减振器安装在中间框架和基础结构之间；主动的振动控制单元由两个惯性式电磁作动模块作为主动执行机构对称布置在中间框架结构内的左右两侧，功率放大模块安装在两个惯性式电磁作动模块之间，加速度传感器倒置固定在中间框架结构的顶板上，中间框架结构外表面安装保护罩壳。

管箍和管道之间的橡胶阻尼圈为第一层减振，中间支撑框架结构和基础结构之间安装的两个橡胶减振器作为第二层减振；管箍、托架和中间框架结构包括内置的振动主动控制单元通过螺栓连接共同组成管道被动式双层管夹结构的中间质量；功率放大模块和加速度传感器均布置在中间框架结构中间的空腔内；功率放大模块采用模块化设计，在水平方向以插拔的方式安装、拆卸；惯性式电磁作动模块采用模块化设计，对称布置在中间框架结构内部的左右两侧，在左右两侧水平方向上以插拔的方式安装、拆卸；中间框架结构前后壁板对应惯性式电磁作动模块内侧安装螺栓的位置开有四个方孔；中间框架结构外置罩壳。

本发明一种应用于管路系统振动隔离的主被动复合、传感作动一体化的管道智能减振器结构，包括：橡胶阻尼圈1、管箍2、托架3、中间框架结构4、惯性式电磁作动模块5、功率放大模块6、加速度传感器7、下层橡胶减振器8、罩壳9，作为第一层被动减振的橡胶阻尼圈1置于管道和管箍2之间，管箍2、托架3以及中间框架结构4通过螺栓连成一体，与安装于中间框架内的振动主动控制单元(包括加速度传感器、惯性式电磁作动模块和功率放大模块一起构成被动的双层隔振结构的中间质量，两个惯性式电磁作动模块5作为主动执行机构对称布置在中间框架结构4内部的左右两侧，功率放大模块6和加速度传感器7均内置于中间框架结构4内，第二层橡胶减振器8固定在中间框架结构4和基础结构之间，罩壳9安装在中间框架结构4外表面，以保护其内的振动主动控制单元，并起到电磁屏蔽的作用。

主被动复合、传感作动一体化。

橡胶阻尼圈1利用管箍2和托架3之间螺栓连接产生的预紧力将其压紧在管道和管箍2之间，作为上层被动的减振器。管箍2和托架3通过螺栓连接，托架3和中间框架结构4通过螺栓连接，管箍2、托架3以及中间框架结构4包括其内的作动模块和功放模块构成一个整体,形成针对管路系统振动控制的双层管卡结构的中间质量，中间框架结构4和下层橡胶减振器8通过螺栓连接。

主动的振动控制单元安装在两层被动的减振器之间作为中间质量的一部分，惯性式电磁作动模块产生的主动控制力作用在中间质量上，由于中间质量上下均有橡胶减振，具有较小的阻抗，便于主动控制力能量的输入。

惯性式电磁作动模块5采用模块化设计，对称布置在中间框架结构4内部的左右两侧，在左右两侧沿水平方向以插拔的方式安装、拆卸，便于安装、拆卸和维修。

功率放大模块6采用模块化设计，在中间框架结构(4)前方沿水平方向以插拔的方式安装、拆卸，便于安装、拆卸及其维修。

中间框架结构4前后壁板上对应惯性式电磁作动模块5内侧固定螺栓的位置开有四个方孔，作为螺栓安装的操作空间进行对惯性式电磁作动模块5的安装、拆卸。中间框架结构4前后壁板上对应惯性式电磁作动模块5内侧固定螺栓的位置开有四个方孔，作为安装螺栓的操作空间进行对惯性式电磁作动模块5的安装、拆卸。

加速度传感器7固定在中间框架结构4的顶板上，用于采集中间质量的振动加速度作为主动控制单元的误差信号。

功率放大模块6的电源、控制信号输入和加速度传感器7的信号输出分别集成到功率放大模块前面板上的两个航空插接口，功率放大模块的后端设置接口分别与加速度传感器7和两个惯性式电磁作动模块5连接。

中间框架结构4外安装有罩壳9，保护其内部的振动主动控制单元,并起到电磁屏蔽的作用。

Claims (2)

1.管道智能减振器，其特征是：包括管箍、托架、中间框架结构、下层橡胶减振器，所述管箍为两个半圆型管箍围在一起组成的圆环结构，管道从圆环结构内部通过，圆环结构与管道之间安装橡胶阻尼圈，管箍固定在托架上，托架固定在中间框架结构上，中间框架结构与基础结构之间安装下层橡胶减振器，中间框架结构里设置功率放大模块，功率放大模块的两侧分别设置与其相连的惯性式电磁作动模块，中间框架结构的顶板上设置加速度传感器，加速度传感器连接功率放大模块。

2.根据权利要求1所述的管道智能减振器，其特征是：中间框架结构的外部安装罩壳。